黃河流域水、土、能資源綜合利用效率時(shí)空格局分析

摘 要：【目的】探究黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的影響因素，深入了解黃河流域的資源綜合利用情況?！痉椒ā客ㄟ^(guò)收集整理統(tǒng)計(jì)年鑒相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用Malmquist全要素生產(chǎn)率指數(shù)，對(duì)黃河流域2011—2019年70個(gè)地級(jí)市水、土、能資源綜合利用效率變化進(jìn)行分析?！窘Y(jié)果】時(shí)間上，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的變化趨勢(shì)為先下降后上升，總體處于上升水平；空間上，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率呈現(xiàn)出西部地區(qū)最高、東部次之、中部地區(qū)資源綜合利用效率最低；技術(shù)進(jìn)步對(duì)資源綜合利用效率起著決定性作用?！窘Y(jié)論】為黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的提高，落實(shí)黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策，實(shí)現(xiàn)黃河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的安全、穩(wěn)定發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：黃河流域；Malmquist指數(shù)；水、土、能綜合利用效率

中圖分類(lèi)號(hào)：TE09" " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）10-0096-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.10.019

Spatial-temporal Pattern Analysis of Comprehensive Utilization Efficiency of Water， Soil and Energy Resources in the Yellow River Basin

YU Baobao GAO Dayong HAN Long

（North China University of Water Resources and Electric Power， Zhengzhou 450046， China）

Abstract：[Purposes] This paper aims to explore the influencing factors of the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin， and to understand the comprehensive utilization of local resources. [Methods] By collecting and sorting out the relevant data of the statistical yearbook， the Malmquist total factor productivity index was used to analyze the changes in the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in 70 prefecture-level cities in the Yellow River Basin from 2011 to 2019. [Findings] In terms of time， the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin decreased first and then increased， and the overall level was on the rise. In terms of space， the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin in the western region is the highest and that in the eastern region is the second， and the comprehensive utilization efficiency of resources in the central region is the lowest. Technological progress plays a decisive role in the comprehensive utilization efficiency of resources. [Conclusions] This paper provides a reference for improving the comprehensive utilization efficiency of water， soil and energy resources in the Yellow River Basin， implementing the ecological environment protection policy in the Yellow River Basin， and realizing the safe and stable development of the economy and society in the Yellow River Basin.

Keywords： Yellow River Basin; Malmquist index; comprehensive utilization efficiency of water; soil and energy

0 引言

水、土、能等自然資源是人類(lèi)生存和發(fā)展的基本資料，也是促進(jìn)社會(huì)和諧穩(wěn)定發(fā)展和經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素［1］。現(xiàn)如今，我國(guó)的水、土、能資源面臨著巨大的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)。我國(guó)水、土、能資源的問(wèn)題表現(xiàn)為淡水資源總量少，水土空間分布不匹配，南方多、北方少［2］。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)和人民日常生活的需水量日益增高，能源和土地作為生產(chǎn)、生活必不可少的資料，需求量也居高不下。但人們對(duì)自然資源的利用效率一直保持在較低水平，一些地區(qū)地下水資源遭到過(guò)度開(kāi)采，自然資源被過(guò)度使用，水資源嚴(yán)重匱乏，部分地區(qū)存在水土流失現(xiàn)象，水土污染現(xiàn)象也愈發(fā)嚴(yán)重［3］。土地資源伴隨著城市的快速發(fā)展，使得耕地?cái)?shù)量驟減。

新中國(guó)成立以來(lái)，黨和國(guó)家高度重視黃河流域的發(fā)展和保護(hù)，制定了一系列發(fā)展計(jì)劃，取得了一定的成效。黃河流域人民的生活水平得到提高，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展發(fā)生了很大改變。2019年9月18日，習(xí)近平在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)上的講話(huà)中指出，保護(hù)黃河是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興的千秋大計(jì)［4］。要實(shí)現(xiàn)黃河流域可持續(xù)發(fā)展，提高水、土、能資源綜合利用效率，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的目標(biāo)，不僅要對(duì)黃河流域如今的生態(tài)環(huán)境利用情況有一定的了解，還要了解影響黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的內(nèi)在因素［5］。充分了解黃河流域自然資源狀況，探究黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的影響因素，深入了解當(dāng)?shù)氐馁Y源綜合利用情況，能夠?yàn)辄S河流域水、土、能資源綜合利用效率的提高，落實(shí)黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)政策，實(shí)現(xiàn)黃河流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的安全、穩(wěn)定發(fā)展提供參考［6］。同時(shí)，也是對(duì)黃河流域環(huán)境保護(hù)政策的大力支持，有助于合理調(diào)配資源，提高水、土、能資源綜合利用效率，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化，是貫徹落實(shí)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的內(nèi)在要求［7］。

1 研究方法

1.1 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data Envelopment Analysis，DEA）是由Charnes、Cooper和Rhodes在1978年共同創(chuàng)建的，是一種用于評(píng)價(jià)相對(duì)有效性的典型非參數(shù)評(píng)價(jià)方法［8］。DEA基于線(xiàn)性規(guī)劃模型，獲取最優(yōu)決策單元，通過(guò)分析決策單元之間的偏離程度來(lái)對(duì)有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)。該方法不需要考慮投入指標(biāo)與產(chǎn)出指標(biāo)之間是否存在具體函數(shù)關(guān)系，也不需要對(duì)所選指標(biāo)分析權(quán)重，可以避免因主觀(guān)因素而導(dǎo)致結(jié)果產(chǎn)生偏差。因此，本研究基于DEA的Malmquist指數(shù)法對(duì)2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的變化進(jìn)行分析。

DEA模型可以通過(guò)以下步驟構(gòu)建。

s.t.[j=1mαjXj+S-i=μX0（i=1，2，…，n）j=1majYj+S-r=X0（r=1，2，…，n）j=1maj=1aj，S-，S+≥0，0≤μ≤1j=1，2，…，m] （1）

式中：[μ]為決策單元有效值；[aj]為決策單元權(quán)重系數(shù)；[Xj]和[Yj]分別為投入和產(chǎn)出變量；[S-]和[S+]分別為投入和產(chǎn)出的松弛變量。

1.2 Malmquist指數(shù)

Malmquist 指數(shù)是瑞典經(jīng)濟(jì)學(xué)家 Malmquist在20世紀(jì)50年代提出，并應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中的，最初主要用于消費(fèi)分析。后來(lái)人們?cè)贛almquist的基礎(chǔ)理論上不斷進(jìn)行豐富和完善，引入并擴(kuò)展了Malmquist 指數(shù)名詞的概念和意義［9］。Malmquist 指數(shù)常常被用來(lái)表現(xiàn)所選擇決策單元在一定時(shí)間范圍內(nèi)生產(chǎn)率的變化情況，并且可以按照其變化因素的不同，將其分為前沿面技術(shù)效率的變化（效率變動(dòng)）和前沿面技術(shù)的變化（技術(shù)變動(dòng)）兩個(gè)方面。如今，對(duì)于Malmquist 全要素生產(chǎn)效率指數(shù)（Tfpch）的結(jié)果評(píng)價(jià)分析主要體現(xiàn)在對(duì)技術(shù)效率變化（Effch）、技術(shù)進(jìn)步（Techch）和規(guī)模效率變化（Sech）三方面。 Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)在構(gòu)建時(shí)可以忽略生產(chǎn)函數(shù)的形式，能夠有效防止因?yàn)楹瘮?shù)形式導(dǎo)致的錯(cuò)誤，且與傳統(tǒng)方式相比分析結(jié)果更加細(xì)致，因而被廣泛地應(yīng)用于有關(guān)生產(chǎn)效率評(píng)價(jià)方面的研究中。

在規(guī)模報(bào)酬相同背景下，此時(shí)技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)效率變化可以用Malmquist 指數(shù)表示為式（2）至式（4）。

Tfpch=[dtxt+1，yt+1dtxt，yt×dt+1（xt+1，yt+1）dt+1（xt，yt）12] （2）

Techch=[dt（xt+1，yt+1）dt+1（xt+1，yt+1）×dt（xt，yt）dt+1（xt，yt）12] （3）

（Ec=[dt+1（xt+1，yt+1）dt（xt，yt）]） （4）

在規(guī)模報(bào)酬相異的背景下，規(guī)模效率變化、技術(shù)進(jìn)步和純技術(shù)效率變化通常被用來(lái)表示Malmquist 指數(shù)。技術(shù)效率變化、純技術(shù)效率變化和規(guī)模效率變化之間的聯(lián)系如下：

技術(shù)效率變化=純技術(shù)效率變化×規(guī)模效率變化

純技術(shù)效率變化和規(guī)模效率變化的定義為式（5）和式（6）。

pec=[dt+1（xt+1，yt+1|VRS）dt（xt，yt|VRS）] （5）

Sec=[dt+1（xt+1，yt+1|VRS）dt+1（xt+1，yt+1|VRS）×dt（xt，yt|CRS）dt（xt，yt|VRS）-1]（6）" " " "全要素生產(chǎn)率通常被表示為式（7）。

Tfpch=Pech[×]Sech[×]Techch （7）

當(dāng)技術(shù)效率變化的值大于1時(shí)，說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)決策單元反映前一段時(shí)間的技術(shù)有所進(jìn)步；當(dāng)技術(shù)效率變化的值小于1時(shí)，說(shuō)明這段時(shí)間內(nèi)決策單元相對(duì)于前一段時(shí)間的技術(shù)有所倒退。技術(shù)進(jìn)步則是反映一段時(shí)間內(nèi)的技術(shù)水平變化，表示從t到t+1時(shí)期內(nèi)生產(chǎn)前沿面產(chǎn)生的變化。純技術(shù)效率變化大于1說(shuō)明管理水平和管理方式的提升使原有的利用效率得到提高，規(guī)模效率變化大于1則說(shuō)明總體的規(guī)模發(fā)生了改變并提高了總體的效率水平。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與指標(biāo)構(gòu)建

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究使用的數(shù)據(jù)來(lái)自黃河流域范圍內(nèi)70個(gè)地級(jí)行政單元的《統(tǒng)計(jì)年鑒》，并參考了《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》、黃河流域包括的9個(gè)省的《統(tǒng)計(jì)年鑒》《能源統(tǒng)計(jì)年鑒》，時(shí)間跨度為2011—2019年。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)存在缺失時(shí)，利用相鄰年限的值相加求其平均值作為缺失值。部分?jǐn)?shù)據(jù)大量缺失的城市，用該地區(qū)的生產(chǎn)總值在省內(nèi)所占比重與相關(guān)數(shù)據(jù)總量的乘積代替。

2.2 指標(biāo)構(gòu)建

本研究使用DEAP2.1軟件對(duì)收集整理的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，基于2011—2019年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，構(gòu)建投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)。投入指標(biāo)是決策單元針對(duì)某項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)或生活活動(dòng)所要投入的資源量。產(chǎn)出指標(biāo)是指決策單元針對(duì)消耗的資源量所能得到的有效的信息量?？紤]到數(shù)據(jù)的可使用性，各個(gè)指標(biāo)之間是線(xiàn)性無(wú)關(guān)的。在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)時(shí)，首先要注意指標(biāo)選取的科學(xué)性，即所選取的指標(biāo)能夠充分反映該地區(qū)資源綜合利用效率的真實(shí)水平；其次要考慮指標(biāo)選取的全面性，包含水、土、能源三個(gè)方面，能夠體現(xiàn)該地區(qū)的真實(shí)水平；然后要考慮指標(biāo)選取的層次性，即各個(gè)指標(biāo)之間沒(méi)有重疊，不存在某種聯(lián)系；再次要考慮指標(biāo)的可操作性，指標(biāo)數(shù)據(jù)的可獲取程度，不能選取數(shù)據(jù)缺失嚴(yán)重的指標(biāo)；最后為避免主觀(guān)因素對(duì)結(jié)果的影響，要基于指標(biāo)的客觀(guān)性進(jìn)行選擇。此外，還要考慮所選研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

在參考有關(guān)文獻(xiàn)和借鑒相關(guān)研究后，本研究選取的投入指標(biāo)包括：勞動(dòng)力（萬(wàn)人）、固定資產(chǎn)投資額（億元）、土地面積（km2）、綜合能源消費(fèi)量（萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤）、總用水量（萬(wàn)m3）；產(chǎn)出指標(biāo)包括：污水排放（萬(wàn)t）、廢氣（億m3）、地區(qū)生產(chǎn)總值（億元）。投入指標(biāo)與產(chǎn)出指標(biāo)及其詳細(xì)特征見(jiàn)表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 資源綜合利用效率時(shí)間變化分析

運(yùn)用Malmquist 指數(shù)方法對(duì)黃河流域70個(gè)地級(jí)市9年內(nèi)的面板數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。使用DEAP2.1軟件幫助處理2011—2019年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算其生產(chǎn)率指數(shù)。2011—2019年黃河流域Malmquist 指數(shù)如圖1所示。利用ArcGis對(duì)70個(gè)地級(jí)市的水、土、能資源綜合利用效率結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)，結(jié)果如圖2所示。由圖1可知，2011—2019年，黃河流域水、土、能資源綜合利用的平均全要素生產(chǎn)率（1.033）呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，且平均技術(shù)效率變化、平均規(guī)模效率變化、平均純技術(shù)效率變化、平均技術(shù)進(jìn)步均處于上升趨勢(shì)。其中技術(shù)進(jìn)步的平均效率最高（1.03），而規(guī)模效率的平均效率最低（1.001），技術(shù)效率變化的平均效率為（1.003），技術(shù)效率變化的平均效率為（1.002），它們的值均大于1，平均全要素生產(chǎn)率處于上升水平。這說(shuō)明2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率處于上升趨勢(shì)，其中技術(shù)進(jìn)步對(duì)資源綜合利用效率提高影響最大。雖然技術(shù)效率變化、規(guī)模效率變化和純技術(shù)效率變化都對(duì)黃河流域水、土、能資源綜合利用效率提高存在一定的影響，但與技術(shù)進(jìn)步相比，他們的影響效果較小，其中規(guī)模效率變化對(duì)資源綜合利用效率提高影響程度最小。從歷年的變化趨勢(shì)來(lái)看，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，總體水平趨于上升。從歷年平均數(shù)值來(lái)看，黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的提升與技術(shù)進(jìn)步相關(guān)，與之相反該地區(qū)的水、土、能資源綜合利用效率下降與規(guī)模效率相關(guān)。

3.2 資源綜合利用效率空間變化分析

將黃河流域70個(gè)地級(jí)市的全要素生產(chǎn)率、規(guī)模效率變化、技術(shù)進(jìn)步、純技術(shù)效率變化、技術(shù)效率變化進(jìn)行可視化表達(dá)如圖3所示。由圖3可知，2011—2019年黃河流域70個(gè)地級(jí)市中，全要素生產(chǎn)率小于1的有8個(gè)，分別為菏澤、蘭州、晉城、長(zhǎng)治、安陽(yáng)、運(yùn)城、玉樹(shù)、鶴壁。這8個(gè)城市的資源綜合利用效率處于下降趨勢(shì)，且主要集中在黃河流域的中部地區(qū)，西部地區(qū)只有玉樹(shù)。其余62個(gè)城市的全要素生產(chǎn)率均大于1，說(shuō)明資源綜合利用效率趨于上升，主要集中分布在黃河流域的西部和東部，但西部與中部之間增長(zhǎng)幅度也有差距?？傮w來(lái)說(shuō)，黃河流域西部城市比中部部分城市資源利用效率提升更快，例如位于黃河流域西部的海西州全要素生產(chǎn)率大于1，處于上升水平，而東部地區(qū)的菏澤市全要素生產(chǎn)率小于1，這說(shuō)明一個(gè)地區(qū)的發(fā)展水平與該地區(qū)的資源綜合利用效率沒(méi)有必然的因果聯(lián)系。黃河流域70個(gè)地級(jí)市的全要素生產(chǎn)率平均值大于1，結(jié)果為1.033，說(shuō)明黃河流域水、土、能資源綜合利用效率處于上升趨勢(shì)。規(guī)模效率變化的平均值為1.001、技術(shù)進(jìn)步的平均值為1.03、純技術(shù)效率變化的平均值為1.002、技術(shù)效率變化的平均值為1.003，技術(shù)進(jìn)步所提升的幅度相比其他因素比較大，對(duì)全要素生產(chǎn)率起著更大的影響作用。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)Malmquist 指數(shù)方法對(duì)黃河流域水、土、能資源綜合利用效率進(jìn)行計(jì)算和評(píng)價(jià)分析，結(jié)論如下。

①在時(shí)間上，2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率的變化趨勢(shì)為先下降后上升，總體處于上升水平。

②在空間上，2011—2019年黃河流域水、土、能資源綜合利用效率呈現(xiàn)出西部地區(qū)最高、東部次之、中部地區(qū)資源綜合利用效率最低。說(shuō)明一個(gè)地區(qū)的發(fā)展水平與該地區(qū)資源綜合利用效率沒(méi)有必然的因果聯(lián)系。

③相鄰城市之間的資源利用效率可能存在較大差異。表明城市的資源綜合利用效率與城市所在位置無(wú)關(guān)。雖然純技術(shù)效率、技術(shù)進(jìn)步、技術(shù)效率變化、規(guī)模效率變化都對(duì)資源綜合利用效率產(chǎn)生影響，但對(duì)資源綜合利用效率起著決定性作用的是技術(shù)進(jìn)步。

以上結(jié)論可為黃河流域水、土、能資源的規(guī)劃，優(yōu)化自然資源的分配模式，黃河流域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，社會(huì)的和諧、安定提供參考。

5 建議

①優(yōu)化黃河流域水、土、能資源綜合利用效率是落實(shí)黃河流域自然環(huán)境保護(hù)與提供資源利用效率的重要手段。在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中，資源問(wèn)題可能成為制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“絆腳石”。要協(xié)調(diào)好資源與社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，提高地區(qū)水、土、能資源綜合利用效率至關(guān)重要。

②完善黃河流域水、土、能資源產(chǎn)權(quán)制度。對(duì)流域內(nèi)的水、土、能資源進(jìn)行確權(quán)登記，明確自然資源所有權(quán)，構(gòu)建完善、透明的資源管理制度，建立公平、均衡的資源分配體系。避免資源被過(guò)度開(kāi)發(fā)利用，實(shí)現(xiàn)黃河流域水、土、能資源的合理開(kāi)發(fā)。

③對(duì)黃河流域水、土、能資源供給進(jìn)行改革。明確流域內(nèi)的水、土、能資源的總量，制定開(kāi)發(fā)規(guī)劃，在滿(mǎn)足社會(huì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的背景下，明確水、土、能資源的開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度，確定水、土、能資源開(kāi)發(fā)強(qiáng)度紅線(xiàn)。

④建立黃河流域水、土、能資源有償使用機(jī)制，構(gòu)建合理的水、土、能資源價(jià)格體系。實(shí)施競(jìng)爭(zhēng)資源的市場(chǎng)機(jī)制，使水、土、能資源的稀缺度通過(guò)實(shí)際價(jià)格表現(xiàn)出來(lái)，提高水、土、能資源綜合利用效率，

⑤加快新技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，調(diào)整原有的產(chǎn)業(yè)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)。促進(jìn)地區(qū)的技術(shù)進(jìn)步，同時(shí)注重規(guī)模效率的作用，適當(dāng)提升規(guī)模，避免純技術(shù)效率、技術(shù)效率變化等因素對(duì)資源綜合利用效率的影響，導(dǎo)致資源利用效率降低。

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